Rakennusfysiikan professori, tekn. toht. Juha Vinha
Lausunto kevytbetonirakenteiden rakennusfysikaalisesta toiminnasta >


Kevytbetonin lämmöneristävyys

Kevytbetonin lämmönjohtavuutta on saatu pienennettyä merkittävästi kehitystyön tuloksena, kun kevytbetonin tiheyttä on alennettu. Jämerä Kivitalot Oy:n käyttämän kevytbetonin lämmönjohtavuuden suunnitteluarvona voidaan käyttää 0,078 W/(mK} /2, 3/, eli se on lämmöneristävyydeltään parempi kuin esimerkiksi massiivipuu tai kevytsora /4/. Tämä tarkoittaa sitä, että tyypillisen 500 mm paksun kevytbetoniharkkoseinän lämmönläpäisykertoimeksi eli U-arvoksi saadaan 0,15 W /(m2K}, joka täyttää hyvin sekä nykyisten /5/ että vuoden 2018 alusta voimaan tulevien energiatehokkuusmääräysten /6/ mukaisen ulkoseinän U-arvon vertailuarvon 0,17 W/(m2K} (kuva 2). Näin ollen kevytbetonirakennus voidaan toteuttaa myös uusien energiatehokkuusmääräysten mukaan siten, että ulkoseinän lämpöhäviötä ei tarvitse kompensoida muiden rakennusosien avulla.

Kuva 2. Poikkieikkauskuva yksiaineisesta kevytbetoniulkoseinästä. Kuvassa on esitetty myös ikkunan kannatinpa/kki sekä ikkunan liitokset ulkoseinään. /7/


Kevytbetonirakenteiden lämmönvarauskyky

Kevytbetonin lämmönvarauskykyä voidaan kuvata tiheyden ja ominaislämpökapasiteetin tulolla eli ns. tilavuuslämpökapasiteetilla. Nykyisten kevytbetoniharkkojen ja -elementtien tilavuuslämpökapasiteetti on edelleen varsin suuri eli 300 kg/m3 x 1000 J/(kgK} = 0,3x106 J/(m3K} /2, 4/, vaikka kevytbetonin tiheyttä onkin alennettu. Koska kevytbetonirakenteiden tilavuus rakennuksessa on suuri, ne voivat varata merkittävästi lämpöä itseensä.

Kevytbetonin lämmönvarauskyvyn ansiosta rakennuksen jäähdytystarve keväällä ja kesällä vähenee, koska rakenteet voivat tasata sisäilman lämpötilaolosuhteita. Tällä asialla on nykyisin yhä enemmän merkitystä, kun rakennus tehdään aiempaa lämpöä eristävämmäksi. Tällöin rakennuksen käytöstä tai ikkunoiden kautta tulevasta auringonsäteilystä syntyvät lämpökuormat voivat nostaa sisäilman lämpötilan herkemmin haitallisen korkeaksi. Kevytbetonirakenteet varaavat päiväaikaan sisätiloihin tulevaa ylimääräistä lämpöä ehkäisten samalla sisälämpötilan nousua. Yöllä rakenteet luovuttavat lämpöä takaisin sisäilmaan, jolloin se poistuu ilmanvaihdon mukana ulkoilmaan.

Yksiaineinen massiivinen kevytbetonirakenne kuluttaa todellisuudessa myös jonkin verran vähemmän lämpöenergiaa verrattuna nykyisten energiankulutuksen laskentaohjeiden /8/ avulla määritettävään laskennalliseen arvoon. Tämäkin asia johtuu kevytbetonin lämmönvarauskyvystä. Kevytbetoni varaa sekä sisäilmasta päiväaikaan tulevaa ylimääristä lämpöä että rakennuksen ulkopintaan kohdistuvaa auringonsäteilyä itseensä. Energiankulutuslaskelmassa tästä otetaan huomioon ainoastaan sisäpuolelta rakenteeseen tulevan ylimääräisen lämpöenergian vaikutus. Kevytbetonirakenteen ulkopintaan kohdistuva auringonsäteily lämmittää myös rakennetta, ja koska rakenteessa ei ole tehokasta lämmöneristekerrosta, lämpöenergiaa siirtyy ulkopinnasta helpommin myös syvemmälle rakenteeseen nostaen samalla sen lämpötilaa. Rakenteeseen sisältä siirtyvä lämpövirta riippuu sisäilman ja rakenteen sisäosan välisestä lämpötilaerosta eli lämpötilagradientista ja sen muodostamasta kulmakertoimesta. Rakenteen sisäosan korkeampi lämpötila pienentää tätä kulmakerrointa ja vähentää lämmön johtumista sisäilmasta rakenteeseen (kuva 3).

Kuva 3. Esimerkki kevytbetoniseinän lämpöti/agradienttien keskimääräisistä kulmakertoimista seinän sisäpinnassa eri ilmansuunnissa viikon ajanjakso/ta {8.-14.3.1998). Laskennallinen lämpöenergiankulutus tasapainotilanteessa vastaa kuvassa ilmalla merkittyä lämpötilagradienttia. Tarkastelussa on mukana vain auringonsäteilyn rakennetta lämmittävä vaikutus. /9/

Kuvasta 3 nähdään, että kaikilla julkisivuilla pohjoista lukuun ottamatta kevytbetoniseinän s1sapmnan lämpötilagradientin kulmakerroin on pienempi kuin laskennallinen tasapainotilanteen lämpötilagradientti (ilma) ja ero on merkittävä erityisesti etelä- ja länsijulkisivuilta mitatuissa arvoissa. Itä-, etelä- ja länsijulkisivujen lämpöhäviöt ovat siten laskennallista arvoa pienemmät tällä tarkastelujaksolla.

Toisaalta pimeään aikaan rakenteen pinnasta kirkkaalle taivaalle lähtevä pitkäaaltoinen lämpösäteily jäähdyttää myös kevytbetonirakennetta syvemmältä verrattuna rakenteeseen, jossa on tehokas lämmöneristekerros. TTKK:n tekemässä tutkimuksessa on kuitenkin todettu, että kevytbetoniulkoseinillä tehdyn koerakennuksen mitattu energiankulutus oli jonkin verran pienempi kuin laskennallinen energiankulutus koko lämmityskaudella (lokakuu - toukokuu) /9/. Näin ollen massiivinen kevytbetonirakennus säästää vuositasolla lämpöenergiaa laskennalliseen arvoon verrattuna